Estudio espectroscópico de nanopartículas de Alúmina (Al2O3) dopada con diferentes porcentajes de iones metálicos

Abstract

RESUMEN: El objetivo del presente trabajo, es el estudio en condiciones ambiente de las propiedades ópticas que se compararán con las del rubí (Al2O3:Cr3+), del ión fotoluminiscente, Cr3+, sobre una matriz nanoestructurada de alúmina impurificada con distintos porcentajes de iones metálicos, en particular, Cr3+, Bi3+, Ce3+. El estudio de las propiedades ópticas se realiza utilizando diferentes técnicas experimentales, como difracción de rayos X (DRX), para caracterizar su estructura cristalina y técnicas espectroscópicas (Absorción, luminiscencia, excitación y espectroscopía de emisión en alta resolución). Todas las medidas realizadas en las muestras investigadas (Al2O3:1%Cr3+, Al2O3:0.5%Cr3+, Al2O3:1%Bi3+-0.5%Cr3+, Al2O3:1%Ce3+-0.5%Cr3+), han sido analizadas con los programas Grams (visualización, procesamiento y gestión de datos) y KaleidaGraph (representación gráfica y análisis de los datos). A partir de los resultados obtenidos en el estudio de las distintas muestras investigadas, podemos decir, que las propiedades ópticas dependen de la concentración de material dopante con el que se ha impurificado la alúmina (Al2O3). En particular, la concentración óptima para que el Cr3+ sustituya al Al3+ como impureza aislada, es del 0.5% Cr3+. Al aumentar la concentración se produce una agregación de los iones de Cr3+ que hace que la intensidad de luminiscencia disminuya dando como resultado espectros menos intensos, modificando las líneas características R1 y R2. Este hecho se verá reflejado en los patrones de difracción, los cuales tendrán picos menos definidos y más ruidosos, que indica menor grado cristalización.

ABSTRACT: The main goal of the present work is to study the optical properties of photoluminescence ion, Cr3+, on nano-structured alumina doped with different metal ions, Cr3+, Bi3+, Ce3+. The results are compared with those of ruby (Al2O3:Cr3+), also studied in this work. We use different experimental techniques to achieve this goal such as structural characterization, by X-ray diffraction (XRD) and spectroscopic techniques (optical absorption, luminescence, excitation and high resolution emission spectroscopy). All measurements carried out on the investigated samples (Al2O3:0.5%Cr3+, Al2O3:1%Cr3+, Al2O3:1%Bi3+-0.5%Cr3+, Al2O3:1%Ce3+-0.5%Cr3+), have been analysed by means of software programs like, Grams (visualization, processing and data management) and KaleidaGraph (graphing and data analysis). From the results obtained on the different samples, we can say that the optical properties depend on the dopant concentration. In particular, the optimal concentration of Cr3+ to replace Al3+as an isolated impurity is 0.5% Cr3+. As the concentration increases, there is an aggregation of the Cr3+ ions which causes the luminescence intensity to decrease resulting in less intense spectra by modifying the characteristic R1 and R2 lines. This fact will be reflected in the diffraction patterns, which will have less defined and more noise peaks, indicating a lower degree of crystallization.